信息和納米技術(shù)的高速發(fā)展，使嵌入式電容器被廣泛應(yīng)用于各種微電子系統(tǒng)中。而且電子元件的日趨微型化和質(zhì)輕化，也對(duì)器件的集成度、安全性和壽命提出了更高的要求，具體可概括為以下兩點(diǎn)：高的儲(chǔ)能密度和低的散熱損耗。

由于電容器的儲(chǔ)能效果取決于材料的介電常數(shù)，而發(fā)熱性能則決定于材料的介電損耗，因此在微型電容器體積受限的情況下要發(fā)展功率大、安全系數(shù)高的電容器元件必須使用具有更高介電常數(shù)和更低介電損耗的電介質(zhì)材料。傳統(tǒng)的高介電陶瓷材料生產(chǎn)成本高、質(zhì)脆、不易加工和微型化設(shè)計(jì)。相比之下，聚合物材料本身除了良好的機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)輕柔韌外，還具有損耗低、成膜性好和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了目前熱控制領(lǐng)域的理想材料，特別是在電氣電子領(lǐng)域。

然而，大多數(shù)聚合物都是熱絕緣體，其熱導(dǎo)率一般在0.1~0.5W/(m•k)之間，不能滿足如今的電力需求應(yīng)用，因此為了提高電子設(shè)備的高溫可靠性，就需要通過(guò)一定的手段降低其介電損耗、提高其導(dǎo)熱系數(shù)，目前最常見(jiàn)的手段就是有機(jī)/無(wú)機(jī)或有機(jī)/有機(jī)復(fù)合。根據(jù)填充組分不同，可歸類為：陶瓷填充聚合物電介質(zhì)、導(dǎo)電填料填充聚合物電介質(zhì)、全有機(jī)聚合物電介質(zhì)和三元或多元雜化體系。

1.陶瓷填充聚合物電介質(zhì)

往聚合物基體中添加具有高介電常數(shù)的鐵電陶瓷粉末，如鈦酸鋇（BaTiO3，BT）、鈦酸鍶鋇（BST）、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）、鋯鈦酸鉛（PZT）、CaCu3Ti4O12（CC- TO）等，是最早獲得高介電常數(shù)聚合物電介質(zhì)材料的主要方法。

不過(guò)陶瓷填充聚合物復(fù)合電介質(zhì)材料雖然能夠結(jié)合陶瓷高介電常數(shù)和聚合物低損耗等特性，但在較高陶瓷粉末填充量下（>50%），復(fù)合材料介電常數(shù)的增強(qiáng)效果仍有限，同時(shí)導(dǎo)致了該類電介質(zhì)材料加工上的困難和力學(xué)強(qiáng)度的降低。此外，由于納米尺寸效應(yīng)（即當(dāng)陶瓷顆粒小于一定尺寸，如小于100 nm，其鐵電性能消失），使得目前發(fā)展小于5μm的高介電薄膜材料受到極大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了陶瓷/聚合物電介質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用。

2.導(dǎo)電填料填充聚合物電介質(zhì)

往聚合物中添加一些導(dǎo)電填料，如金屬粉末、炭黑、碳納米管和石墨等，在滲流閾值（fc）附近，復(fù)合材料的介電性能發(fā)生滲流突變。尤其是添加具有高長(zhǎng)徑比的碳納米管和石墨烯材料時(shí)，很少的填料量就能獲得具有較高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料，同時(shí)保持了聚合物本身良好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度。Costa 等僅用了0.04%（體積分?jǐn)?shù)）的碳納米管（CNT），就獲得了介電常數(shù)高達(dá)3000、介電損耗為 2.8的 PVDF/CNT復(fù)合材料。

導(dǎo)電填料/聚合物滲流體系一度被認(rèn)為是最有前途和應(yīng)用前景的一類電介質(zhì)材料，在過(guò)去幾年里得到了廣泛的關(guān)注和研究。然而滲流體系最大的缺陷是，在fc附近填料間容易形成導(dǎo)電通路，導(dǎo)致材料產(chǎn)生較大的介電損耗，嚴(yán)重影響電介質(zhì)的使用壽命和安全性。

3.全有機(jī)聚合物電介質(zhì)

除了上述有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合電介質(zhì)材料外，全有機(jī)類電介質(zhì)材料也是一個(gè)重要研究方向，主要基于其更好的生物相容性，可以廣泛應(yīng)用于藥物釋放、人工肌肉以及生物化學(xué)特性研究。全有機(jī)復(fù)合電介質(zhì)本質(zhì)上也是復(fù)合一些具有高介電常數(shù)或?qū)щ娦缘木酆衔铮ㄈ缇郾桨罚┎牧稀u等采用原位聚合法制備 PANI/epoxy 25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）全有機(jī)聚合物電介質(zhì)材料，10 kHz下該材料的介電常數(shù)高達(dá)2980，介電損耗低于0.48。

4.三元或多元雜化體系

近年來(lái)，研究者綜合了傳統(tǒng)的陶瓷/聚合物和導(dǎo)電填料/聚合物二元體系的優(yōu)點(diǎn)，探索了很多三元或多元雜化體系。Yao等制備了三相 MWCNT-BaTiO3-PVDF 復(fù)合材料，在MWCNT和 BaTiO3含量分別為1%和15%時(shí)，復(fù)合電介質(zhì)材料的介電常數(shù)高達(dá)151，介電損耗為0.08（100 Hz），是二元 PVDF/BaTiO3體系的10倍，同時(shí)保持了二元體系較低的介電損耗和良好的加工性能。

另外，材料自身的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)及部分外界因素也會(huì)影響介電性能，主要可分為以下幾點(diǎn)：

1.填料種類和負(fù)載水平的影響

上面也提到，復(fù)合材料的介電性能會(huì)隨著填料固有介電常數(shù)的增加而升高，因此填料含量的增加一般也會(huì)引起聚合物基復(fù)合材料介電常數(shù)的增加。不過(guò)當(dāng)填料含量增加到一定值時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生堆積、團(tuán)聚等缺陷使體系介電常數(shù)下降，力學(xué)性能、加工性能變差。

2.填料尺寸和界面的影響

填料粒徑的減小會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料介電常數(shù)的增大，這是由界面極化效應(yīng)引起的。因?yàn)樘盍狭皆叫。砻娣e越大，擴(kuò)大了基體界面面積，增強(qiáng)了界面極化效應(yīng)。但降低填料尺寸為納米尺寸時(shí)，因?yàn)橹虚g相介電常數(shù)較低的原因，納米復(fù)合材料的介電常數(shù)可能會(huì)低于聚合物。

3.填料形態(tài)的影響

復(fù)合材料介電性能隨著填充填料形態(tài)的不同表現(xiàn)出很大的差異。有研究員曾做過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料介電常數(shù)由低到高依次為：粉末狀＜晶須狀＜纖維狀填料。歸因于纖維與晶須填充的復(fù)合材料體系中孔隙較多，導(dǎo)致界面極化的增加。

4.填料表面處理的影響

填料經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后，對(duì)其界面結(jié)合狀態(tài)會(huì)有明顯改善，繼而影響復(fù)合材料的介電性能。當(dāng)填料含量較低時(shí)，由于界面結(jié)合狀態(tài)的優(yōu)化，降低了界面極化從而使體系介電常數(shù)降低；當(dāng)填料填充量較高時(shí)，表面處理增加了體系內(nèi)雜質(zhì)極性分子，界面極性基團(tuán)偶極矩增長(zhǎng)從而體系的介電常數(shù)隨改性填料的增加而增加。

5.溫度的影響

溫度和頻率也相互影響著介電性能。頻率不變，隨著溫度增大，損耗因子先增大后減小。頻率不同，隨溫度的變化介電性能也會(huì)不同，一般情況下溫度越高，介電常數(shù)和損耗會(huì)越大，在高頻時(shí)，損耗因子會(huì)隨著溫度升高先增大后減小。

6.頻率的影響

隨著頻率變化，不同材料的介電性表現(xiàn)出不同的變化。介質(zhì)極化產(chǎn)生介電常數(shù)，介質(zhì)極化和電導(dǎo)產(chǎn)生介電損耗，其中主要影響因素是界面不均勻性引起的界面極化和偶極極化。因而頻率對(duì)介電常數(shù)和介電損耗的影響是不容忽視的。

資料來(lái)源： 高介電常數(shù)、低介電損耗聚合物復(fù)合電介質(zhì)材料研究進(jìn)展，李玉超，付雪連，戰(zhàn)艷虎，謝倩，葛祥才，陶緒泉，廖成竹，盧周廣。

低介電損耗、高導(dǎo)熱系數(shù)聚合物基復(fù)合材料的制備及介電性能研究學(xué)，周敏。